KR101555097B1

KR101555097B1 - 플라스틱 사출용 금형강 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101555097B1
Application number: KR1020130151250A
Authority: KR
Inventors: 김경훈; 조대경
Original assignee: 주식회사 포스코; 포스코신기술연구조합; 주식회사 세아창원특수강
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-09-23
Also published as: KR20150066623A

Abstract

본 발명은 플라스틱 사출용 금형강의 제조방법에 관한 것으로서, 반제품 슬라브를 열처리한 후, 단조 및 열간압연하여 강재를 형성하는 단계, 상기 형성된 강재를 어닐링, 노멀라이징, 및 템퍼링 순으로 열처리하는 단계를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 제조방법에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강은 높은 표면 경도를 확보할 수 있어 충격 인성이 향상되고, 이에 사용수명이 연장됨으로 인해 생산성 및 제조비용을 절감할 수 있다.

Description

플라스틱 사출용 금형강 및 그 제조방법 {Die steel for plastic injection molding and manufacturing method using the same}

본 발명은 플라스틱 사출용 금형강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 표면 경도가 높고 경화능이 탁월하며 충격 인성이 우수한 플라스틱 사출용 금형강 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 가전 및 모바일 기기에서 미려한 광택을 갖는 제품에 대한 소비자의 선호도 증가 및 광학기기의 렌즈 또는 자동차 헤드램프에서 고도의 경면성이 요구되고 있다. 이러한 금형의 고경면성은 금형용 강재의 경도와 상관관계가 있다. 상기 금형강은 플라스틱 사출시 수지에 의한 마찰로 표면이 마모되므로 고경면을 유지하기 위하여 우수한 내마모성이 요구된다. 따라서, 내마모성은 경도와 밀접한 상관관계에 있으므로, 고경면성을 얻기 위해서는 경도 향상이 필요하다.

또한, 제품에서의 빠른 모델 변화에 따라 금형의 교체 제작이 빈번하게 이루어지고 있다. 상기와 같은 빈번한 금형 교체 제작으로 인하여 금형 가격 인하가 요구되고 있다. 기존의 정밀 금형용 강재는 특허문허 KR1995-0034783 및, KR1999-0055663에 개재된 바와 같이 석출 경화형 프리하든 금형강이 널리 사용되어 왔다. 석출 경화형 프리하든 금형강은 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등의 석출 경화형 원소를 첨가한 후, 열처리를 통하여 석출상을 형성시키고 이를 통하여 경도를 확보하기 때문에 비석출형 강재보다 경도가 높고, 경도 균일성이 우수한 특징이 있다.

그러나 상기 석출 경화형 프리하든 금형강은 고가의 석출 원소를 포함하고 있기 때문에 상대적으로 가격이 비쌀 뿐만 아니라 알루미늄(Al) 첨가시 질소(N) 제어를 충분히 수행하지 못하면, 조대한 질화알루미늄(AlN)이 형성되어 경면성이 저하되는 문제가 있다. 이러한 경면성 저하는 공정 비용 증가로 이어져 가격 경쟁력을 더욱 저하시킨다.

따라서 가격 경쟁력을 상승시키고, 석출 원소 첨가 없이 표면 경도 및 경화능의 향상을 통해 고경면성을 확보할 수 있는 금형용 강재의 연구가 시급한 실정이다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 합금 성분의 함량을 조절하여 경도제어가 가능한 플라스틱 사출용 금형강을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 부위별 경도 편차가 적은 플라스틱 사출용 금형강을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 표면 경도 및 충격 인성이 향상된 플라스틱 사출용 금형강을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열처리 조건을 제어할 수 있는 플라스틱 사출용 금형강의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강은 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30, 실리콘(Si): 0.2~0.4, 망간(Mn): 1.0~3.5, 크롬(Cr): 0.1~3.0, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0, 니켈(Ni): 0.5~1.5, 니오븀(Nb): 0.001~0.1, 붕소(B): 0.0001~0.005, 질소(N): 0.003~0.005, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1)을 만족한다.

13Nb(중량%)+1/2Cr(중량%)+30C(중량%)+50B(중량%) 〉 8 ……식(1)

이때, 상기 플라스틱 사출용 금형강의 표면경도(HRC)는 49 이상일 수 있다.

또 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30, 실리콘(Si): 0.2~0.4, 망간(Mn): 1.0~3.5, 크롬(Cr): 0.1~3.0, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0, 니켈(Ni): 0.5~1.5, 니오븀(Nb): 0.001~0.1, 붕소(B): 0.0001~0.005, 질소(N): 0.003~0.005, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(2)를 만족한다.

1/2Ni(중량%)+50B(중량%)-(C+N)(중량%) 〉 0.3 ……식(2)

이때, 상기 플라스틱 사출용 금형강의 표면과 표면으로부터 중심으로 50mm 지점의 경도(HRC) 편차는 1.3 이하일 수 있다.

또 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30, 실리콘(Si): 0.2~0.4, 망간(Mn): 1.0~3.5, 크롬(Cr): 0.1~3.0, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0, 니켈(Ni): 0.5~1.5, 니오븀(Nb): 0.001~0.1, 붕소(B): 0.0001~0.005, 질소(N): 0.003~0.005, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1) 및 (2)를 만족한다.

13Nb(중량%)+1/2Cr(중량%)+30C(중량%)+50B(중량%) 〉 8 ……식(1)

1/2Ni(중량%)+50B(중량%)-(C+N)(중량%) 〉 0.3 ……식(2)

여기서, 상기 플라스틱 사출용 금형강은 중량%로, 크롬(Cr): 1.7~2.5, 니켈(Ni): 1.0~1.1 및, 니오븀(Nb): 0.04~0.05를 포함할 수 있다.

이때, 상기 플라스틱 사출용 금형강의 표면경도(HRC)는 49 이상이고, 표면으로부터 중심으로 50mm 지점의 경도(HRC)는 47.8 이상이며, 표면과 표면으로부터 중심으로 50mm 지점의 경도(HRC) 편차는 1.3 이하일 수 있다.

또한, 상기 플라스틱 사출용 금형강의 충격 인성은 60J/cm² 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강의 제조방법은 반제품 슬라브를 열처리한 후, 단조 및 열간압연하여 강재를 형성하는 단계, 상기 형성된 강재를 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 열처리하는 단계에서 열처리는 어닐링, 노멀라이징, 및 템퍼링 순으로 실시된다.

또 상기 강재를 형성하는 단계에서 열처리는 1000℃~1200℃의 온도 하에서 실시될 수 있다.

또 상기 어닐링은 600℃~800℃의 온도 하에서 1시간~10시간 동안 실시될 수 있다.

또 상기 노멀라이징은 800℃~950℃의 온도 하에서 30분~90분 동안 실시될 수 있다.

또 상기 템퍼링은 500℃~600℃의 온도 하에서 4시간~6시간 동안 실시될 수 있다.

또한, 상기 플라스틱 사출용 금형강은 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30, 실리콘(Si): 0.2~0.4, 망간(Mn): 1.0~3.5, 크롬(Cr): 0.1~3.0, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0, 니켈(Ni): 0.5~1.5, 니오븀(Nb): 0.001~0.1, 붕소(B): 0.0001~0.005, 질소(N): 0.003~0.005, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1) 및 (2)를 만족할 수 있다.

13Nb(중량%)+1/2Cr(중량%)+30C(중량%)+50B(중량%) 〉 8 ……식(1)

1/2Ni(중량%)+50B(중량%)-(C+N)(중량%) 〉 0.3 ……식(2)

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강에 의하면, 합금 성분의 함량을 조절하여 경도제어가 가능함으로 높은 표면 경도를 확보할 수 있어 충격 인성이 향상되는 이점이 있다.

또 본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강에 의하면, 부위별 경도 편차를 줄일 수 있어 재질 및 표면 균일성을 확보할 수 있으므로 금형강의 품질이 향상되는 이점이 있다.

또 본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강에 의하면, 열처리 단계에 어닐링을 추가하여 실시함으로 인해 충격 인성이 향상되어 금형강의 사용수명이 연장됨으로 금형강의 제조 비용이 절감되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강의 제조방법을 설명하기 위한 공정도,
도 2는 금형강 조성물의 함량에 따른 경도 분포를 나타낸 도,
도 3은 금형강 조성물의 함량에 따른 표면 및 심부(표면으로부터 중심으로 50mm지점) 경도 편차를 나타낸 도,
도 4는 열처리 조건에 따른 충격 인성을 나타낸 도.

이하에서 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도시된 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 강 조성 성분 및 그 제한사유를 설명한다.

본 발명의 강 조성 성분은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 니오븀(Nb), 붕소(B), 질소(N), 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물 등을 포함한다.

상기 탄소(C)는 용체화 처리 후 냉각시 담금질 성을 높이고, 이를 통하여 강의 강도 및 경도의 상승에 기여하는 필수적인 원소로, 전체 중량%에 대하여 0.10~0.30중량% 포함한다. 이는 탄소가 0.10중량% 미만이면, 냉각 후 경도가 낮기 때문에 금형강에서 요구되는 충분한 경도를 얻기 힘들고, 0.30중량%를 초과하면, 냉각시 조대 탄화물의 형성으로 인성이 저하되고, 상기 조대 탄화물은 절삭시 공구 마모를 증가시키므로 절삭 가공성이 저하된다.

상기 실리콘(Si)은 제강시 탈산제로 첨가되며, 강 중에 고용되어 담금질성 및 경도를 향상시키는 원소로, 전체 중량%에 대하여 0.2~0.4중량% 포함한다. 이는 실리콘이 0.2중량% 미만이면, 절삭 가공성이 저하되고, 시효 처리시 조대 탄화물이 많이 발생되며, 입계 탄화물 석출에 의해 충격 인성이 급격하게 저하된다. 실리콘이 0.4중량%를 초과하면, 편석이 발생하거나 장시간 동안 시효 처리시 탄화물의 흑연화를 조장하여 인성이 크게 저하되고 이에 기계 가공성의 열화를 초래한다.

상기 망간(Mn)은 탄소와 함께 담금질성을 높이고 시효 처리 후, 경도 및 내마모성을 향상시키는 원소로, 전체 중량%에 대하여 1.0~3.5중량% 포함한다. 이는 망간이 1.0중량% 미만이면, 목표로 하는 경도 및 충격 인성을 얻기 어렵고, 3.5중량%를 초과하면, 피삭성 및 열간 가공성이 급격하게 감소한다. 그러므로 페라이트의 형성은 억제하고 마르텐사이트의 형성은 조장되도록 1.0~3.5중량% 포함하는 것이 바람직하다.

상기 크롬(Cr)은 경도 및 내식성을 향상시키고, 담금질성을 높이며 오스테나이트 안정화 원소로, 전체 중량%에 대하여 0.5~5.5중량% 포함한다. 이는 크롬이 0.5중량% 미만이면, 심부 경도가 감소하고, 5.5중량%를 초과하면, 충격 인성이 저하되고 비용이 증가한다. 그러므로 냉각시 페라이트 및 펄라이트의 형성은 억제되고 저온조직인 마르텐사이트와 베이나이트의 형성이 조장되도록 0.5~5.5중량% 포함하는 것이 바람직하다.

상기 몰리브덴(Mo)은 강의 내식성을 향상시키고 충격 인성을 증가시키는 원소로, 전체 중량%에 대하여 0.5~1.0중량% 포함한다. 이는 몰리브덴이 0.5중량% 미만이면, 기지고용에 의한 조직의 경도 및 시효 처리시 탄화물 석출에 의한 경화, 나아가 인성이 저하되고, 1.0중량%를 초과하면, 경도가 급격히 저하되고, 제조비용이 증가한다. 그러므로 크롬 및 텅스텐과 함께 내녹청성, 경도 및 인성이 개선되도록 0.5~1.0중량% 포함하는 것이 바람직하다.

상기 니켈(Ni)은 인성, 경도 및 포토에칭성(photoetching)을 향상시키는 원소로, 전체 중량%에 대하여 0.5~1.5중량% 포함한다. 이는 니켈이 0.5중량% 미만이면, 경면성이 감소하고, 1.5중량%를 초과하면, 피삭성 및 열전도율이 저하되고 사출성형사이클이 증가한다. 그러므로 구리와 균질한 고용체를 형성하여 열간 가공시 절열취성이 방지되도록 0.5~1.5중량% 포함하는 것이 바람직하다.

상기 니오븀(Nb)은 결정립을 미세화시켜 강의 경도를 향상시키는 원소로, 전체 중량%에 대하여 0.1 중량% 이하 포함한다. 이는 니오븀이 0.1 중량% 초과하면, 탄화물을 형성하여 절삭 가공시 공구의 마모를 증가시킨다. 그러므로 표면 경도 및 경면성이 향상되고, 질화알루미늄(AlN)과 같은 조대한 화합물의 형성이 방지되어 기계 가공성 및 인성이 향상될 수 있도록 0.1 중량% 이하 포함하는 것이 바람직하다.

상기 붕소(B)는 담금질성을 개선하는 원소로, 전체 중량%에 대하여 0.005 중량% 이하 포함한다. 이는 붕소가 0.005 중량% 초과하면, 담금질성의 개선 효과가 줄어들뿐만 아니라 가공성을 열화시킨다.

상기 질소(N)는 오스테나이트를 미세화하고 조직 균일성 및 경도를 향상시키는 원소로, 전체 중량%에 대하여 0.005 중량% 이하 포함한다. 이는 질소가 0.005 중량% 초과하면, 경질 질화알루미늄(AlN)이 생성되어 경면성 및 가공성이 저하된다.

상기 붕소(B) 및 질소(N)는 불순물 원소이므로, 그 상한치 또는 하한치를 기재하지 않기로 한다.

또, 상기 명시한 원소 및 불가피한 불순물 외에도 수소(H) 및 산소(O) 등을 더 포함한다.

또한, 상기 상술한 조성 성분을 제외하고, 나머지는 실질적으로 철(Fe)로 이루어진다.

상기 나머지는 실질적으로 철(Fe)로 이루어진다는 말은 본 발명의 작용 효과를 방해하지 않는 한, 불가피한 불순물을 비롯하여 다른 미량 원소를 함유하는 것조차 본 발명의 범위에 포함될 수 있다는 것을 의미한다.

이때, 상기 조성 성분의 함량으로 이루어진 금형강은 하기 식(1) 또는 식(2) 를 만족한다. 하기 식(1)의 값은 표면 최대 경도와 비례관계에 있음으로, 하기 식(1)의 값이 8 이하이면, 광택도 및 경면성의 확보가 어렵기 때문에 HRC 49 이상의 표면 경도 확보가 불가능하다.

하기 식(2)의 값이 0.3 이하이면, 경화능 평가에서 경화능이 낮게 나타나 표면 및 표면으로부터 중심으로 50mm 지점에서의 경도 편차가 1.3을 초과함으로 표면 및 심부 경도 편차가 크게 된다.

13Nb(중량%)+1/2Cr(중량%)+30C(중량%)+50B(중량%) 〉 8 ……식(1)

1/2Ni(중량%)+50B(중량%)-(C+N)(중량%) 〉 0.3 ……식(2)

이하, 상술한 바와 같은 금형강 조성 성분을 포함하는 금형강의 제조방법에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 사출용 금형강의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 우선, 슬라브를 열처리한 후, 단조 및 열간압연하여 강재를 형성한다(S10).

탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 니오븀(Nb), 붕소(B), 질소(N), 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1000℃~1200℃, 바람직하게는 1150℃의 온도 하에서 열처리한 후, 35mm두께로 단조 및 열간압연하여 강재를 형성한다. 이는 열처리 온도가 1000℃ 미만이면, 내부 응력이 잔류하고, 1200℃를 초과하면, 재질이 변할 수 있으므로 바람직하지 못하다.

다음에 상기 강재를 열처리한다(S20).

상기 S10단계에서 형성된 강재를 어닐링(S21), 노멀라이징(S22), 및 템퍼링(S23) 순으로 열처리한다.

우선, 변태점(Ac3) 이하의 온도 즉, 600℃~800℃, 바람직하게는 720℃의 온도 하에서 1시간~10시간, 바람직하게는 1시간~5시간 동안 어닐링한다. 이는 어닐링 온도가 600℃ 미만이면, 재결정 및 결정립 미세화가 불가능하고, 800℃를 초과하면, 잔류응력제거가 잘 이루어지지 못한다. 또한, 어닐링 시간이 1시간 미만이면, 인성 향상 효과가 미미하고, 10시간을 초과하게 되면, 입계 취화가 발생하여 충격 인성이 저하되므로 60J/㎠ 이상의 높은 충격 인성을 확보하도록 1시간~10시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.

다음, 변태점(Ac3) 이상의 온도인 800℃~950℃, 바람직하게는 880℃의 온도 하에서 30분~90분, 바람직하게는 60분 동안 노멀라이징한다. 이는 노멀라이징 온도가 800℃ 미만이면, 고용 용질 원소들의 재고용이 어려워 강도의 확보가 어렵고, 950℃를 초과하면, 결정립의 성장이 일어나 저온 인성을 저해한다. 그러므로 제품의 조직이 미세화되고 균질하도록 800℃~950℃의 온도로 실시하는 것이 바람직하다.

그 후, 500℃~600℃, 바람직하게는 550℃의 온도 하에서 템퍼링한다. 이는 템퍼링 온도가 500℃ 미만이면, 템퍼링 효과가 저조하여 인성 확보가 어렵고, 600℃를 초과하면, 강도 확보가 어렵다. 그러므로 내부 응력의 제거가 가능하도록 500℃~600℃의 온도로 실시하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 열처리하는 단계가 완료되면, 플라스틱 사출용 금형강(S30)이 얻어진다. 상기 제조방법에 의해 제조된 플라스틱 사출용 금형강의 표면 경도(HRC)는 49 이상이고, 심부(표면으로부터 중심으로 50mm지점) 경도(HRC)는 47.8 이상이며, 표면 및 심부(표면으로부터 중심으로 50mm지점)의 경도 편차는 1.3 이하이다. 또한, 충격 인성은 60J/cm² 이상이다.

실험 예 1. 금형강의 경도 측정

하기 표 1과 같이 조성되는 슬래그를 진공 용해로에서 용해하고 1150℃의 온도 하에서 열처리한 후, 열연공정을 거쳐 35mm 두께의 판재로 제작하고, 이를 이용하여 하기와 같이 표면경도를 측정하였다.

표면경도(HRC)는 록크웰 경도 시험기의 스케일을 C로 설정한 후, No. 1~17의 압입 깊이를 측정하여, 로크웰 경도를 산출하였다. 각각 3회 측정한 후, 상기 측정값의 평균을 내어 산출하였다.

하기 표 2는 표 1과 같이 조성되는 No. 1~17의 경도 및 함량 관계식을 나타낸 표이고, 도 2는 표1 조성물의 함량에 따른 표면 경도 변화를 나타낸 도이다.

그 결과, 표 2 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하기 식(1)에 비례하여 경도가 증가함을 확인할 수 있었다. 이에 식(1)의 값이 8을 초과하면, HRC 49 이상의 최대표면경도를 확보할 수 있음을 알 수 있었다.

No.	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	Nb	B	N
1	0.228	0.245	1.54	1.790	0.600	1.030	0.043	0.0023	0.0045
2	0.231	0.242	1.55	2.450	0.620	1.050	0.044	0.0023	0.0044
3	0.225	0.259	1.67	1.870	0.620	1.050	0.043	0.0021	0.0043
4	0.259	0.247	1.51	1.340	0.640	1.030	0.001	0.0001	0.0031
5	0.273	0.254	1.49	1.730	0.430	0.850	0.001	0.0001	0.0033
6	0.270	0.260	1.49	1.730	0.430	0.840	0.098	0.0001	0.0033
7	0.100	0.260	1.50	2.970	0.660	1.030	0.001	0.0002	0.0032
8	0.100	0.255	1.48	2.940	0.410	0.810	0.001	0.0002	0.0031
9	0.226	0.25	1.48	1.350	0.620	1.040	0.003	0.0002	0.0035
10	0.221	0.305	1.54	1.340	0.610	1.040	0.043	0.0021	0.0044
11	0.100	0.198	2.98	0.050	0.020	0.020	0.037	0.0015	0.0032
12	0.197	0.202	3.07	0.040	0.010	0.020	0.04	0.0020	0.0031
13	0.103	0.212	3.08	0.305	0.157	0.304	0.043	0.0018	0.0037
14	0.193	0.200	3.10	0.309	0.152	0.300	0.045	0.0024	0.0042
15	0.221	0.246	1.47	1.770	0.620	1.020	0.003	0.0001	0.0032
16	0.224	0.255	1.50	2.410	0.600	1.030	0.003	0.0002	0.0033
17	0.229	0.25	1.65	1.880	0.620	1.030	0.003	0.0002	0.0031

No.	표면경도 (HRC)	식(1)	구분
1	49.3	8.41	발명예
2	49.1	8.84
3	49.2	8.35
4	49.8	8.46
5	51.3	9.07
6	50.9	10.24
7	37.6	4.51	비교예
8	37.2	4.49
9	48.0	7.50
10	47.2	7.96
11	37.8	3.58
12	45.8	6.55
13	39.3	3.89
14	46.2	6.65
15	48.4	7.56
16	47.7	7.97
17	47.8	7.86

13Nb(중량%)+1/2Cr(중량%)+30C(중량%)+50B(중량%) 〉 8 ……식(1)

실험 예 2. 경화능 측정

상기 표 1과 같이 조성되는 슬래그를 진공 용해로에서 용해하고 1150℃의 온도 하에서 열처리한 후, 열연공정을 거쳐 35mm 두께의 판재로 제작하고, 이를 이용하여 하기와 같이 경화능 평가를 실시하였다.

경화능은 표면경도와 심부경도의 편차가 적게 나타날수록 높게 나타난다. 그러므로 우선, 표면경도, 표면으로부터 중심으로 50mm 지점의 심부경도를 측정한 후, 상기 측정된 표면경도와 심부경도의 값을 기준으로 경도편차를 산출하였다.

표면경도(HRC) 및 심부경도(HRC)는 록크웰 경도 시험기의 스케일을 C로 설정한 후, No. 1~17의 압입 깊이를 측정하여, 로크웰 경도를 산출하였다. 각각 3회 측정한 후, 상기 측정값의 평균을 내어 산출하였다. 또한, 상기 산출된 표면경도(HRC)와 심부경도(HRC)를 기준으로 경도편차를 산출하였다.

표 3은 표 1과 같이 조성되는 No. 1~17의 경도편차 및 함량 관계식을 나타낸 표이고, 도 3은 표1 조성물의 함량에 따른 표면 및 심부(표면으로부터 중심으로 50mm지점) 경도 편차를 나타낸 도이다.

그 결과, 표 3 및 도 3에 도시된 바와 같이, 경도편차는 하기 식(2)에 반비례하여 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 하기 식(2)의 값이 0.3을 초과할 때, 1.3 이하의 경도 편차를 나타내어 상대적으로 균일한 경도 분포를 나타냄을 알 수 있었다.

NO.	표면경도(HRC)	심부경도(HRC)	경도 편차	식(2)	구분
1	49.3	48.0	1.3	0.3975	발명예
2	49.1	48.3	0.8	0.4046
3	49.2	47.9	1.3	0.4007
4	49.8	47.7	2.1	0.2579	비교예
5	51.3	49.3	2	0.1537
6	50.9	49.0	1.9	0.1517
7	37.6	37.9	-0.3	0.4218	발명예
8	37.2	36.4	0.8	0.3119
9	48.0	46.7	1.3	0.3005
10	47.2	46.7	0.5	0.3996
11	37.8	28.2	9.6	-0.0182	비교예
12	45.8	42.4	3.4	-0.0901
13	39.3	36.2	3.1	0.1353
14	46.2	44.0	2.2	0.0728
15	48.4	46.1	2.3	0.2908
16	47.7	46.2	1.5	0.2977
17	47.8	46.3	1.5	0.2929

1/2Ni(중량%)+50B(중량%)-(C+N)(중량%) 〉 0.3 ……식(2)

실험 예 3. 충격 인성 측정

상기 실험 예 1 및 2에서 식(1)과 (2)를 동시에 만족하는 NO.1~3을 하기 표 4에 개재된 조건으로 열처리를 실시하여 열처리재를 수득한 후, 이를 이용하여 하기와 같이 충격 인성 평가를 실시하였다.

상기 수득된 열처리재를 2mm의 U자형 노치(2mm-U notch)를 이용하여 샤르피 충격 테스트를 실시하고, 상온 충격 인성을 산출하여 상호 비교하였다.

표 4는 열처리 조건을 나타낸 표이고, 도 4는 열처리 조건에 따른 충격 인성을 나타낸 도이다.

그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 어닐링을 1시간~10시간 이내로 실시한 경우 어닐링을 실시하지 않는 경우보다 인성이 향상되나, 10시간을 초과하는 경우, 지나친 열처리로 인해 취화가 발생하여 충격 인성이 저하됨을 확인할 수 있었다.

	어닐링	노멀라이징	템퍼링
1	-	880℃/1h	550℃/5h
2	720℃/1h
3	720℃/5h
4	720℃/24h

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30, 실리콘(Si): 0.2~0.4, 망간(Mn): 1.0~3.5, 크롬(Cr): 0.5~3.0, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0, 니켈(Ni): 0.5~1.5, 니오븀(Nb): 0.001~0.1, 붕소(B): 0.0001~0.005, 질소(N): 0.003~0.005, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1)을 만족하며, 금형강의 표면경도(HRC)는 49 이상인 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강.
13Nb(중량%)+1/2Cr(중량%)+30C(중량%)+50B(중량%) 〉 8 ……식(1)
삭제
중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30, 실리콘(Si): 0.2~0.4, 망간(Mn): 1.0~3.5, 크롬(Cr): 0.5~3.0, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0, 니켈(Ni): 0.5~1.5, 니오븀(Nb): 0.001~0.1, 붕소(B): 0.0001~0.005, 질소(N): 0.003~0.005, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(2)를 만족하며, 금형강의 표면과 표면으로부터 중심으로 50mm 지점의 경도(HRC) 편차는 1.3 이하인 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강.
1/2Ni(중량%)+50B(중량%)-(C+N)(중량%) 〉 0.3 ……식(2)
삭제
중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30, 실리콘(Si): 0.2~0.4, 망간(Mn): 1.0~3.5, 크롬(Cr): 0.5~3.0, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0, 니켈(Ni): 0.5~1.5, 니오븀(Nb): 0.001~0.1, 붕소(B): 0.0001~0.005, 질소(N): 0.003~0.005, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1) 및 (2)를 만족하며, 금형강의 표면경도(HRC)는 49 이상이고, 표면으로부터 중심으로 50mm 지점의 경도(HRC)는 47.8 이상이며, 표면과 표면으로부터 중심으로 50mm 지점의 경도(HRC) 편차는 1.3 이하이고, 충격인성은 60J/cm²이상인 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강.
13Nb(중량%)+1/2Cr(중량%)+30C(중량%)+50B(중량%) 〉 8 ……식(1)
1/2Ni(중량%)+50B(중량%)-(C+N)(중량%) 〉 0.3 ……식(2)
제5항에 있어서,
상기 플라스틱 사출용 금형강은 중량%로, 크롬(Cr): 1.7~2.5, 니켈(Ni): 1.0~1.1 및, 니오븀(Nb): 0.04~0.05를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강.
삭제
삭제
플라스틱 사출용 금형강의 제조방법에 있어서,
반제품 슬라브를 1000℃~1200℃의 온도로 열처리한 후, 단조 및 열간압연하여 강재를 형성하는 단계,
상기 형성된 강재를 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 강재를 열처리하는 단계에서 열처리는 600℃~800℃의 온도 하에서 1시간~10시간 동안 실시하는 어닐링, 800℃~950℃의 온도 하에서 30분~90분 동안 실시하는 노멀라이징, 및 500℃~600℃의 온도 하에서 4시간~6시간 동안 실시하는 템퍼링 순으로 실시되며,
상기 금형강은 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.30, 실리콘(Si): 0.2~0.4, 망간(Mn): 1.0~3.5, 크롬(Cr): 0.5~3.0, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0, 니켈(Ni): 0.5~1.5, 니오븀(Nb): 0.001~0.1, 붕소(B): 0.0001~0.005, 질소(N): 0.003~0.005, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 식(1) 및 (2) 중 적어도 어느 하나를 만족하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 사출용 금형강의 제조방법.
13Nb(중량%)+1/2Cr(중량%)+30C(중량%)+50B(중량%) 〉 8 ……(1)
1/2Ni(중량%)+50B(중량%)-(C+N)(중량%) 〉 0.3 ……(2)
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제